Rola pomp obiegowych i cyrkulacyjnych w energooszczędności budynku

Polscy inwestorzy – zarówno indywidualni, jak i instytucjonalni – coraz bardziej świadomie angażują się w przedsięwzięcia mające poprawić efektywność energetyczną ich obiektów, zarówno tych dopiero powstających, jak i przeznaczonych do remontu. Sprzyja im europejskie i krajowe otoczenie prawne. Zgodnie z opublikowaną niedawno i przeznaczoną do dalszej debaty strategią „Czysta planeta dla wszystkich” [2] Unia Europejska będzie dążyć do dekarbonizacji gospodarki w 2050 roku. Jednym z filarów tej strategii jest efektywność energetyczna budynków i ich instalacji. 

Z kolei w Polsce powstają instrumenty prawne i finansowe prowadzące do poprawy jakości powietrza. Ostatnie działania rządu sprzyjają właścicielom domów jednorodzinnych – remontowanych i nowych. Dzięki nowelizacji ustawy o podatkach od osób fizycznych [10] i programowi „Czyste Powietrze” mogą oni liczyć na wsparcie zadań termomodernizacyjnych. Ich efektem ma być zarówno eliminacja przestarzałych kotłów na paliwo stałe, jak i zmniejszenie zużycia energii. 

Coraz więcej inwestorów rozumie też, że zadania termomodernizacyjne powinny być kompleksowe i dotyczyć całego systemu, a ograniczenie termomodernizacji do wymiany kotłów i docieplenia budynku jest poważnym błędem. Brak spojrzenia całościowego skutkuje często albo niepowodzeniem termomodernizacji (rachunki za energię są nadal wysokie), albo obniżeniem komfortu życia, kiedy „nowa” instalacja działa nieprawidłowo.

Przykładem urządzeń mających istotne znaczenie dla powodzenia termomodernizacji, a często traktowanych przez inwestorów po macoszemu, są pompy obiegowe i cyrkulacyjne. Ich właściwy dobór, montaż i eksploatacja są niezbędne i dla prawidłowej pracy instalacji, i dla jej energooszczędności.

Sfinansować pompę obiegową i cyrkulacyjną

„Oszczędności” inwestorów na doborze i zakupie nowych urządzeń – także pomp – wynikają najczęściej z ograniczonego budżetu. W 2018 roku wprowadzono mechanizmy finansowe, które mogą pomóc przygotować i zrealizować termomodernizację w szerszym zakresie.

Przyjęta w listopadzie 2018 nowelizacja ustawy o podatkach od osób fizycznych [10] wprowadza od 2019 roku nową termomodernizacyjną ulgę podatkową. Przez najbliższe 3 lata umożliwi ona odliczenie od dochodu 53 tys. zł wydanych na termomodernizację domu jednorodzinnego. Wedle szacunków Ministerstwa Inwestycji i Rozwoju taką ulgą mogą być zainteresowane 2 mln osób. 

Zakres wydatków, które można odliczyć od dochodu, określa rozporządzenie [5], w którym wśród rodzajów materiałów budowlanych, urządzeń i usług związanych z realizacją przedsięwzięć termomodernizacyjnych wymieniono m.in. węzeł cieplny, kotły, wykonanie instalacji wewnętrznej ogrzewania i c.w.u. Pompy obiegowe i cyrkulacyjne nie zostały wymienione na tej liście wprost, stanowią jednak część osprzętu kotła albo wyposażenia węzła cieplnego.

Właściciele domów jednorodzinnych i osoby posiadające pozwolenie na ich budowę mogą też skorzystać ze wsparcia finansowego w ramach programu „Czyste Powietrze”. Jego efektem mają być: 4 mln domów o poprawionej efektywności energetycznej, 3 mln wymienionych źródeł ciepła, 1 mln nowych źródeł ciepła oraz zmniejszenie zużycia energii końcowej o 21,8 mln MWh/rok. Program obejmuje m.in. wymianę starych źródeł ciepła (pieców i kotłów na paliwa stałe), zakup i montaż nowych źródeł ciepła spełniających odpowiednie wymagania oraz montaż lub modernizację instalacji c.o. i c.w.u. ze wsparciem w formie dotacji (do 90% kosztów kwalifikowanych) i pożyczek.

Podobnie jak w przypadku ulgi termomodernizacyjnej, tak określony zakres wydatków pozwala uwzględnić także nowe pompy.

Staranny dobór pomp obiegowej i cyrkulacyjnej do danej instalacji jest jednym z czynników prawdziwie efektywnej termomodernizacji – takiej, po której instalacja pracuje optymalnie, zapewniając komfort cieplny i wykorzystując w pełni potencjał energooszczędności. Co na to wpływa? 

Nowoczesna pompa jest energooszczędna

Już sama pompa może zużywać mniej prądu. O energooszczędności mówi EEI (Energy Efficiency Index) – współczynnik efektywności energetycznej. Wymagania wobec tego parametru dla pomp określone są w tzw. ekoprojekcie (dyrektywie ErP) [1] i rozporządzeniach unijnych do tej dyrektywy [7, 8, 9].

Od 2015 roku współczynnik EEI dla bezdławnicowych pomp obiegowych musi wynosić co najwyżej 0,23 [9]. Jeszcze do końca 2019 roku przepis ten nie dotyczy pomp przeznaczonych do serwisowania wprowadzonych na rynek przed rokiem 2015. Ale już od 2020 roku dla wszystkich pomp, również przeznaczonych do serwisu, EEI nie będzie mógł przekraczać wartości 0,23. Producenci pracują nad urządzeniami o jak najniższym wskaźniku EEI, bez strat dla wydajności i funkcjonalności pompy. Kryterium odniesienia dla najbardziej energooszczędnych pomp cyrkulacyjnych wynosi EEI ≤ 0,20 [8]. Dostępne na rynku pompy obiegowe i cyrkulacyjne mają wskaźniki EEI wynoszące 0,17, a nawet 0,15 i mniej. 

Podstawą wysokiej efektywności energetycznej pompy jest jej konstrukcja, szczególnie rozwiązania zastosowane w silniku. Reguluje to również rozporządzenie powiązanie z ekoprojektem [6] – silniki elektryczne pomp dławnicowych o mocy znamionowej od 0,75 do 375 kW muszą osiągać poziom sprawności IE3 lub odpowiadać poziomowi sprawności IE2 i zostać wyposażone w płynną regulację obrotów. Standardem staje się stosowanie silników synchronicznych z magnesem trwałym (PM) i komutacją elektroniczną (EC) – wyposażone są w nie np. pompy Grundfos Alpha, Wilo-Yonos PICO, DAB Evoplus, GPA II Ferro czy WITA Delta (Hel-Wita). Silnik taki pozwala nie tylko obniżyć straty podczas eksploatacji, ale jest także bardzo podatny na regulację automatyczną opartą na przetworniku częstotliwości (falowniku). Producenci wciąż doskonalą detale – np. nowe materiały na osłonę wirnika albo redukcja strat w uzwojeniu. Pompy obiegowe wyposażone w taki silnik zużywają o 70–80% energii mniej niż pompy obiegowe o stałej prędkości obrotowej.

Jak pompa zwiększa energooszczędność całej instalacji

Nawet najbardziej energooszczędna pompa obiegowa czy cyrkulacyjna nie wykorzysta w pełni swoich możliwości, jeśli umieści się ją w przypadkowej instalacji. Pompa powinna być zawsze dobrana do konkretnego systemu i ustawiona na punkt pracy, który pozwoli dokładnie pokonać projektowe straty ciśnienia. 

Pompa źle dobrana albo niewymieniona np. przy wymianie kotła może zniweczyć korzyści z termomodernizacji. Instalacja z nowym kotłem pracuje już inaczej, ma, chociażby inne opory przepływu, zatem pompa działa poza punktem pracy. Instalacja nie będzie efektywna energetycznie, a wręcz w ogóle może przestać pracować stabilnie. Przykładowo przepływy przez odbiorniki (grzejniki) zostaną źle rozdzielone, przez co te położone dalej będą niedogrzane. Za wymianą pompy przemawia też fakt, że urządzenia pracujące w instalacjach starszych bywają przewymiarowane, przez co nie osiągają największej sprawności. Zdarza się, że podczas termomodernizacji pompy wymieniane są na mniejsze. 

W prawidłowym doborze urządzenia projektantom pomagają narzędzia cyfrowe – programy doboru pomp lub aplikacje mobilne (np. Doradca Wilo) oferowane przez producentów. Warunkiem odpowiedniego doboru jest jednak wprowadzenie prawidłowej charakterystyki instalacji grzewczej. Wzajemny wpływ zmian w instalacji i zamiany pompy na inną, niż wpisano do projektu, najlepiej widać w symulacjach przeprowadzanych w programach do projektowania zintegrowanego BIM (Building Information Modeling). Programy te są coraz chętniej – a np. w Wielkiej Brytanii już standardowo – używane przez zespoły projektowe. Na etapie projektu pozwalają symulować dowolne zmiany w instalacji i oceniać, jak zachowa się cały system. W przypadku pomp można symulować zmiany (np. zastosowanie zamiennika) i poprawiać projekt bez kosztów, które pojawiłyby się w przypadku wprowadzania korekt na budowie. Niektórzy producenci pomp zapewniają nakładki (biblioteki produktów) do popularnych programów BIM. Dzięki temu projektanci mogą łatwo dobrać najlepszą pompę i symulować zachowanie konkretnego modelu dla różnych parametrów instalacji.

Natomiast w instalacjach modernizowanych odnalezienie punktu pracy może okazać się trudne lub wręcz niemożliwe. To właśnie dla modernizowanych instalacji stworzono funkcję Dynamic Adapt Plus, stosowaną w pompie Wilo-Stratos MAXO. Automatycznie i niezależnie dostosowuje ona wysokość podnoszenia pompy do zapotrzebowania hydraulicznego instalacji grzewczych, a także klimatyzacyjnych, zamkniętych obiegów chłodzenia i przemysłowych instalacji cyrkulacyjnych.

Jednak nawet najdoskonalszy dobór pompy musi uwzględniać fakt, że przepływ i ciśnienie czynnika grzewczego – choćby w najmniejszych instalacjach grzewczych – są zmienne.

Parametry pomp podawane są dla cieczy czystej, nielepkiej, niezawierającej ciał stałych ani substancji oleistych – czyli o parametrach zbliżonych do wody. Jeśli w instalacji znajduje się płyn o lepkości znacznie wyższej niż woda, spowoduje to zmianę parametrów pracy i pompa może nie działać prawidłowo. Przeważnie pompy radzą sobie z glikolem w stężeniu do 30%, jak np. pompa Ferro GPA II do instalacji c.o. i solarnych, ale praca ta może się odbywać ze zredukowaną wydajnością.

Pompa, która się dostosuje

Zgodnie z przepisami wynikającymi z dyrektywy dot. ekoprojektu [1], konieczne jest stosowanie pomp z płynną regulacją prędkości obrotowej, odpowiednio do warunków przepływowych w instalacji (wysokość podnoszenia pompy jest dopasowywana do przepływu). Istnieje kilka trybów regulacji: proporcjonalna (zmiennociśnieniowa), stałociśnieniowa, ze stałą prędkością obrotową, zależna od temperatury proporcjonalna i stałociśnieniowa oraz ze stałą różnicą temperatury. W ofercie są też urządzenia z kilkustopniową ręczną regulacją obrotów, stosowane raczej w mniejszych instalacjach. W nowych modelach pomp możliwy jest także wybór charakterystyki, wg której ma działać regulacja. Przykładowo Hel-Wita dla pomp WITA Delta HE 35/55 oferuje funkcję One Touch, która umożliwia wybór siedmiu różnych charakterystyk (cztery według zasady proporcjonalnego ciśnienia, trzy o stałych ilościach obrotów) oraz funkcji nocnego spadku temperatury.

Korzyści z regulacji pracy pomp, w tym mniejsze zużycie energii, widać szczególnie w instalacjach rozbudowanych, o dużej zmienności chwilowego zapotrzebowania na ciepło. W mniejszych instalacjach potencjał regulacji może nie zostać w pełni wykorzystany. Dlatego regulację należy zawsze dobierać do konkretnej instalacji.

Uważa się, że dla większości instalacji grzewczych najlepsza jest regulacja proporcjonalna jako najbliższa charakterystyce układu grzewczego (choć, jak podaje Wilo, stosowanie pompy z funkcją Dynamic Adapt Plus obniża zapotrzebowanie na energię elektryczną o blisko 20% w stosunku do trybu regulacji proporcjonalnej). Dla takiego trybu większość producentów określa też współczynnik efektywności energetycznej pompy. W innym trybie regulacji dana pompa może więc być mniej energooszczędna. 

Zużycie energii przez pompy (jak i zresztą całą instalację) można obniżyć także poprzez zaprogramowanie pracy tego urządzenia. Może to być zarówno harmonogram pracy obejmujący tylko instalację grzewczą, jak i włączenie pompy do systemu sterowania budynkiem (Building Management System). Pompa musi być jednak wyposażona w moduł komunikacyjny, który pozwala przez protokół M-Bus lub BACNet włączyć urządzenie do systemu budynkowego. Takie rozwiązanie umożliwia sterowanie pracą pompy we współpracy ze wszystkimi systemami i instalacjami w całym budynku oraz ułatwia monitoring i szybką reakcję na ewentualną awarię.

Energooszczędność – wielkie zadanie dla instalatorów

Do wymienionych aspektów wpływu pompy na energooszczędność instalacji grzewczej dochodzi jeszcze prawidłowa instalacja i rozruch. Pod pojęciem tym ukrywa się nie tylko zgodne ze sztuką umieszczenie pompy na jej miejscu w instalacji, ale też ustawienie odpowiedniego trybu pracy. Gdyby pozostawić ustawienia fabryczne, pompa nie byłaby dopasowana do instalacji, a więc całość pracowałaby nieefektywnie. Dlatego w ofertach producentów pojawiają się rozwiązania skierowane do instalatorów. Nie tylko ułatwiają one i przyspieszają pracę, ale też pomagają uniknąć błędów.

Na obudowach pomp umieszcza się panele – duże i czytelne ekrany LED lub LCD, najczęściej dotykowe, które wyświetlają parametry pracy. Przykładowo pompy z oferty firmy Hel-Wita wyposażone są w wyświetlacz LED, który wskazuje pobór mocy, wybraną charakterystykę czy funkcję nocnego spadku temperatury.

Przełączniki przenoszone są na obudowę, aby instalator mógł ustawić parametry pompy bez otwierania pokrywy. Ciekawym i prostym rozwiązaniem jest „zielone pokrętło” do łatwej i precyzyjnej nastawy pomp Wilo-Yonos PICO. Umieszczone na obudowie pokrętło ustawia się na odpowiednim polu i poprzez prosty interfejs uzupełnia informacje o instalacji. W pompach Grundfos (np. ALPHA3) rozruch wspierany jest przez przenośny moduł komunikacyjny. Zamontowany na pompie moduł łączy się poprzez Bluetooth z aplikacją mobilną, za pomocą której instalator szybko i bezbłędnie przeprowadza rozruch. Po zakończeniu rozruchu moduł po prostu zdejmuje się z pompy i stosuje przy kolejnych instalacjach. Ciekawym rozwiązaniem jest też nowa propozycja Wilo-Stratos MAXO. Pompa potrafi zmierzyć rzeczywiste warunki pracy instalacji oraz wskazać swój aktualny punkt pracy, co pozwala wykonawcy kontrolować, czy założenia projektowe są spełnione.

Pompy obiegowe i cyrkulacyjne są nie tylko ważnymi elementami instalacji grzewczej, ale też świetnymi przykładami tego, jak rozwijają się nowoczesne urządzenia instalacyjne. Są coraz bardziej kompaktowe, nastawione na energooszczędność i „inteligentne”. Bogato wyposażone w czujniki, przetworniki, moduły komunikacyjne i inne rozwiązania cyfrowe nie tylko są bardzo podatne na regulację i sterowanie, ale też same „wiedzą”, jak zachować się w danych warunkach pracy. Przyszłością wydaje się coraz większa autonomia tych urządzeń dzięki sprawnemu adaptowaniu przez producentów pojawiających się na rynku innowacyjnych technologii cyfrowych.

Literatura 

1. Dyrektywa 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE 2009, L 285/10). 
2. A Clean Planet for all. A European strategic long-term vision for a prosperous, modern, competitive and climate neutral economy, Komisja Europejska, Bruksela, 28.11.2018. 
3. https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/docs/pages/com_2018_733_en.pdf (dostęp 1.12.2018). 
4. Materiały firm DAB, Ferro, Grundfos, Hel-Wita, Wilo. 
5. Rozporządzenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 21 grudnia 2018 r. w sprawie określenia wykazu rodzajów materiałów budowlanych, urządzeń i usług związanych z realizacją przedsięwzięć termomodernizacyjnych (DzU 2018, poz. 2489).  
6. Rządowy projekt ustawy o zmianie ustawy o wspieraniu termomodernizacji i remontów oraz niektórych innych ustaw (druk sejmowy nr 2906), http://www.sejm.gov.pl/sejm8.nsf/PrzebiegProc.xsp?nr=2906 (dostęp 1.12.2018). 
7. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 640/2009 z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla silników elektrycznych (Dz.Urz. UE 2009, L 191/26). 
8. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 641/2009 z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami (Dz.Urz. UE 2009, L 191/35). 
9. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 622/2012 z dnia 11 lipca 2012 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 641/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami (Dz.Urz. UE 2012, L 180/4).
10. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 z dnia 25 czerwca 2012 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp do wody (Dz.Urz. UE 2012, L 165/28).11. Ustawa z dnia 9 listopada 2018 r. o zmianie ustawy o podatku dochodowym od osób fizycznych oraz ustawy o zryczałtowanym podatku dochodowym od niektórych przychodów osiąganych przez osoby fizyczne (DzU 2018, poz. 2246).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!